CN114214011B - 一种水性胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性胶黏剂及其制备方法，属于胶黏剂技术领域，由以下重量份的原料制成：甲基丙烯酸酯20‑60份、苯乙烯10‑30份、丙烯腈5‑15份、不饱和聚酯5‑15份、水溶性引发剂4‑8份、油溶性引发剂0.5‑2.5份、乳化剂4‑8份、增稠剂1‑5份、去离子水100‑140份。本发明中的甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体，在聚合过程中形成甲基丙烯酸酯‑苯乙烯和苯乙烯‑丙烯腈为大分子链的复合型乳液，不饱和聚酯在乳液体系中通过引发剂作用使线型分子交联成网状，有助于增加水性胶黏剂的粘接强度。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，具体涉及一种水性胶黏剂及其制备方法。
背景技术
随着轨道交通的发展，轨道交通车型种类逐渐增多，新材料不断出现，零部件连接的条件和需求变得越来越复杂。城市轨道交通车辆中，零部件的主要连接方式有螺纹连接、焊接、粘接、铆接等。与传统机械连接相比，粘接具有较大优势，粘接处密封性能相比传统连接技术更好，且更耐腐蚀，粘接在受到冲击时能够发挥出柔韧性和弹性。
在某些金属零件的粘接工艺中，例如轨道交通车辆的地板布，要求将胶黏剂涂在表面后放置一段时间再进行粘接，这就要求胶黏剂不仅要有良好的粘接性能，更要有比较长的固化时间，即工艺宽容度。水性胶黏剂是以天然高分子或合成高分子为黏料，以水为溶剂或分散剂，取代对环境有污染的有毒有机溶剂，是一种环境友好型胶黏剂，然而，目前市场上存在的水性胶粘剂固化时间普遍较快，造成实际应用中可操作时间短，工艺宽容度不高，且粘结强度差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种水性胶黏剂及其制备方法，由以下重量份的原料制成：甲基丙烯酸酯20-60份、苯乙烯10-30份、丙烯腈5-15份、不饱和聚酯5-15份、水溶性引发剂4-8份、油溶性引发剂0.5-2.5份、乳化剂4-8份、增稠剂1-5份、去离子水100-140份。
优选的，所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸异辛酯的一种或多种。
优选的，所述不饱和聚酯选自邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、对苯型不饱和聚酯的任意一种。
优选的，所述水溶性引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢中的任意一种；所述油溶性引发剂选自过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯的任意一种。
优选的，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠；所述增稠剂为聚乙二醇6000双硬脂酸酯。
优选的，所述一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取以下重量份的原料：甲基丙烯酸酯20-60份、苯乙烯10-30份、丙烯腈5-15份、不饱和聚酯5-15份、水溶性引发剂4-8份、油溶性引发剂0.5-2.5份、乳化剂4-8份、增稠剂1-5份、去离子水100-140份；
S2、向乳化剂水溶液中加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯，在50℃下搅拌0.5-1.5h，得到预乳化液；
S3、取体积分数为15％的所述S2制备的预乳化液，在75℃下加入体积分数为15％的所述S1称取的水溶性引发剂，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入所述丙烯腈，继续升温至85℃，依次滴加体积分数为75％的所述S2制备的预乳化剂、SI称取的剩余水溶性引发剂及所述不饱和聚酯和油性引发剂，保温1h，所述预乳化剂在2-4h内滴加完成；
S4、降温至75℃时滴加剩余量的所述预乳化液，保温1h，加入增稠剂，冷却，调节pH至7-8，过滤，即得所述水性胶黏剂。
优选的，所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈在加入前经强碱溶液清洗杂质。
优选的，所述强碱溶液为质量分数为5％的NaOH溶液。
优选的，所述S2中搅拌0.5h；所述S3中所述预乳化剂在3h内滴加完成；所述S4中使用100目滤网过滤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的水性胶黏剂，甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体，在聚合过程中形成甲基丙烯酸酯-苯乙烯和苯乙烯-丙烯腈为大分子链的复合型乳液，不饱和聚酯在乳液体系中通过引发剂作用使线型分子交联成网状，有助于增加水性胶黏剂的粘接强度。
复合型乳液分子结构如下所示：
式中x为主链碳数量，对应甲基丙烯酸酯种类，分别为2，4，6，8。
2、本发明提供的水性胶黏剂，在不锈钢金属表面喷涂后，增加了金属间的粘结力，使膜的性能更好，且增加了固化时间，形成了较高的工艺宽容度，易于操作。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种水性胶黏剂，由以下重量份的原料制成，甲基丙烯酸乙酯20份，苯乙烯10份，丙烯腈5份，邻苯型不饱和聚酯5份，过硫酸钾4份，过氧化环己酮0.5份，十二烷基硫酸钠4份，聚乙二醇6000双硬脂酸酯1份，去离子水100份。
所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体。
一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取上述重量份的原料；
S2、使用强碱溶液洗去甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯腈的杂质；
S3、使十二烷基硫酸钠在去离子水中全部溶解后，缓慢加入经所述S2处理的甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯，升温至50℃搅拌0.5h，得到预乳化液；
S4、向反应容器中加入所述S2中15％的预乳化液，升温至75℃搅拌，加入15％过硫酸钾，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入经所述S2处理的丙烯腈继续搅拌；
S5、经所述S3处理后，升温至85℃，滴加75％预乳化剂，3h滴加完成后，3h滴加85％的过硫酸钾，加入邻苯型不饱和聚酯和过氧化环己酮，保温1h；
S6、经所述S4处理后，降温至75℃时滴加10％预乳化液，保温1h，加入聚乙二醇6000双硬脂酸酯冷却至室温，调节pH至7-8后用100目滤网过滤，即得所述水性胶黏剂。
实施例2
一种水性胶黏剂，由以下重量份的原料制成，甲基丙烯酸丁酯30份，苯乙烯15份，丙烯腈7.5份，邻苯型不饱和聚酯7.5份，过硫酸铵5份，过氧化环己酮1份，十二烷基硫酸钠5份，聚乙二醇6000双硬脂酸酯2份，去离子水110份。
所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体。
一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取上述重量份的原料；
S2、使用强碱溶液洗去甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯腈的杂质；
S3、使十二烷基硫酸钠在去离子水中全部溶解后，缓慢加入经所述S2处理的甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯，升温至50℃搅拌0.5h，得到预乳化液；
S4、向反应容器中加入所述S2中15％的预乳化液，升温至75℃搅拌，加入15％过硫酸钾，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入经所述S2处理的丙烯腈继续搅拌；
S5、经所述S3处理后，升温至85℃，滴加75％预乳化剂，3h滴加完成后，3h滴加85％的过硫酸铵，加入邻苯型不饱和聚酯和过氧化环己酮，保温1h；
S6、经所述S4处理后，降温至75℃时滴加10％预乳化液，保温1h，加入聚乙二醇6000双硬脂酸酯冷却至室温，调节pH至7-8后用100目滤网过滤，即得所述水性胶黏剂。
实施例3
一种水性胶黏剂，由以下重量份的原料制成，甲基丙烯酸正己酯40份，苯乙烯20份，丙烯腈10份，间苯型不饱和聚酯10份，过硫酸钠6份，过氧化二苯甲酰1.5份，十二烷基硫酸钠6份，聚乙二醇6000双硬脂酸酯3份，去离子水120份。
所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体。
一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取上述重量份的原料；
S2、使用强碱溶液洗去甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯腈的杂质；
S3、使十二烷基硫酸钠在去离子水中全部溶解后，缓慢加入经所述S2处理的甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯，升温至50℃搅拌0.5h，得到预乳化液；
S4、向反应容器中加入所述S2中15％的预乳化液，升温至75℃搅拌，加入15％过硫酸钠，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入经所述S2处理的丙烯腈继续搅拌；
S5、经所述S3处理后，升温至85℃，滴加75％预乳化剂，3h滴加完成后，3h滴加85％的过硫酸钾，加入间苯型不饱和聚酯和过氧化二苯甲酰，保温1h；
S6、经所述S4处理后，降温至75℃时滴加10％预乳化液，保温1h，加入聚乙二醇6000双硬脂酸酯冷却至室温，调节pH至7-8后用100目滤网过滤，即得所述水性胶黏剂。
实施例4
一种水性胶黏剂，由以下重量份的原料制成，甲基丙烯酸异辛酯50份，苯乙烯25份，丙烯腈12.5份，间苯型不饱和聚酯12.5份，过氧化氢7份，过氧化二苯甲酰2份，十二烷基硫酸钠7份，聚乙二醇6000双硬脂酸酯4份，去离子水130份。
所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体。
一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取上述重量份的原料；
S2、使用强碱溶液洗去甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯腈的杂质；
S3、使十二烷基硫酸钠在去离子水中全部溶解后，缓慢加入经所述S2处理的甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯，升温至50℃搅拌0.5h，得到预乳化液；
S4、向反应容器中加入所述S2中15％的预乳化液，升温至75℃搅拌，加入15％过氧化氢，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入经所述S2处理的丙烯腈继续搅拌；
S5、经所述S3处理后，升温至85℃，滴加75％预乳化剂，3h滴加完成后，3h滴加85％的过硫酸钾，加入间苯型不饱和聚酯和过氧化二苯甲酰，保温1h；
S6、经所述S4处理后，降温至75℃时滴加10％预乳化液，保温1h，加入聚乙二醇6000双硬脂酸酯冷却至室温，调节pH至7-8后用100目滤网过滤，即得所述水性胶黏剂。
实施例5
一种水性胶黏剂，由以下重量份的原料制成，甲基丙烯酸丁酯60份，苯乙烯30份，丙烯腈15份，对苯型不饱和聚酯15份，过硫酸钾8份，过氧化苯甲酰叔丁酯2.5份，十二烷基硫酸钠8份，聚乙二醇6000双硬脂酸酯5份，去离子水140份。
所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈均为单体。
一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取上述重量份的原料；
S2、使用强碱溶液洗去甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯腈的杂质；
S3、使十二烷基硫酸钠在去离子水中全部溶解后，缓慢加入经所述S2处理的甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯，升温至50℃搅拌0.5h，得到预乳化液；
S4、向反应容器中加入所述S2中15％的预乳化液，升温至75℃搅拌，加入15％过硫酸钾，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入经所述S2处理的丙烯腈继续搅拌；
S5、经所述S3处理后，升温至85℃，滴加75％预乳化剂，3h滴加完成后，3h滴加85％的过硫酸钾，加入对苯型不饱和聚酯和过氧化苯甲酰叔丁酯，保温1h；
S6、经所述S4处理后，降温至75℃时滴加10％预乳化液，保温1h，加入聚乙二醇6000双硬脂酸酯冷却至室温，调节pH至7-8后用100目滤网过滤，即得所述水性胶黏剂。
进行以下测试进行效果说明
以现有技术中宝林化工NL900水性胶粘剂为对比例
1、粘度测试
参考GB/T14074-2017对实施例1～5和现有技术的水性胶黏剂进行测试。将每组胶粘剂分别搅拌均匀，每组取三次样，用旋转粘度计，在23±1℃下进行测试，每个试样测3次，取平均值，测试结果如表1所示。
表1.黏度测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 |
| 黏度(MPa·S) | 638 | 423 | 776 | 962 | 533 | 1220 |
从表1中可知，各成分的配比对胶粘剂的粘度有影响，与现有技术的胶黏剂比较，整体黏度小，有利于喷涂装置喷出及清洗。
2、固化时间测试
参考GB/T14074-2017对实施例1～5和现有技术的水性胶黏剂进行测试。环境温度为20-25℃，用烧杯称取50g(精确到0.1g)试样，向试管中移取10g胶粘剂，将试管放入有沸水的短颈烧瓶中，开始计时，用金属丝做搅拌棒，迅速搅拌，直至搅拌棒突然不能提起时，按停秒表，记录时间，每组试样平行测定三次，取三次有效测定结果的算术平均值作为固化时间。测试结果如表2所示。
表2.固化时间测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 |
| 固化时间(s) | 571 | 599 | 682 | 680 | 626 | 534 |
由表2可知，实施例1～5的固化时间均较长，在实际生产中，较长的固化时间则工艺宽容度较高，能满足部分工艺的在放置时间方面的需求，使胶粘剂具有更好的实用性。
3、拉伸剪切强度测试
参考GB/T17657-2013对实施例1～5和现有技术的水性胶黏剂进行测试。测试环境温度20-25℃，测试样品为两片宽25mm，厚2mm的不锈钢片竖向搭接粘合在一起，粘合长度为12.5mm，样品常温放置12h后进行检测。夹在拉伸试验机夹具中竖向拉伸，夹具移动速度为5mm/min，记录试样剪切破坏的最大负荷，计算拉伸剪切强度。测试结果如表3所示。
表3.拉伸剪切强度测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 |
| 拉伸剪切强度(Mpa) | 3.66 | 3.27 | 2.98 | 3.54 | 3.47 | 1.11 |
由表3可知，实施例1～5的拉伸剪切强度明显大于对比例，具有更好粘接性。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种水性胶黏剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：甲基丙烯酸酯20-60份、苯乙烯10-30份、丙烯腈5-15份、不饱和聚酯5-15份、水溶性引发剂4-8份、油溶性引发剂0.5-2.5份、乳化剂4-8份、增稠剂1-5份、去离子水100-140份；
所述不饱和聚酯选自邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、对苯型不饱和聚酯的任意一种；
所述乳化剂为十二烷基硫酸钠；所述增稠剂为聚乙二醇6000双硬脂酸酯；
所述的一种水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取以下重量份的原料：甲基丙烯酸酯20-60份、苯乙烯10-30份、丙烯腈5-15份、不饱和聚酯5-15份、水溶性引发剂4-8份、油溶性引发剂0.5-2.5份、乳化剂4-8份、增稠剂1-5份、去离子水100-140份；
S2、向乳化剂水溶液中加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯，在50℃下搅拌0.5-1.5h，得到预乳化液；
S3、取体积分数为15％的所述S2制备的预乳化液，在75℃下加入体积分数为15％的所述S1称取的水溶性引发剂，降温冷凝引发聚合反应，有蓝光出现时加入所述丙烯腈，继续升温至85℃，依次滴加体积分数为75％的所述S2制备的预乳化剂、SI称取的剩余水溶性引发剂及所述不饱和聚酯和油性引发剂，保温1h，所述预乳化剂在2-4h内滴加完成；
S4、降温至75℃时滴加剩余量的所述预乳化液，保温1h，加入所述增稠剂，冷却，调节pH至7-8，过滤，即得所述水性胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的一种水性胶黏剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸异辛酯的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种水性胶黏剂，其特征在于，所述水溶性引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢中的任意一种；所述油溶性引发剂选自过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯中的任意一种。
4.根据权利1所述的一种水性胶黏剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈在加入前经强碱溶液清洗杂质。
5.根据权利4所述的一种水性胶黏剂，其特征在于，所述强碱溶液为质量分数为5％的NaOH溶液。
6.根据权利1所述的一种水性胶黏剂，其特征在于，所述S2中搅拌0.5h；所述S3中所述预乳化剂在3h内滴加完成；所述S4中使用100目滤网过滤。
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